可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术在南水北调中线砂卵石地层地基防渗处理中的应用

何竞学HE Jing-xue

（中国水利水电第五工程局有限公司，成都610066）（SINOHYDRO Bureau 5 Co.，Ltd.，Chengdu 610066，China）

0 引言

在施工期，南水北调中线某段的实测水位比渠道底板高程高4-4.6m，因此，施工期施工必须进行降水。透水性很强是该渠道最明显的特性，因此，施工期面临强排降水量多以及降水难度大的困难。此外，降水还会对沿线村庄居民的生产生活用水产生一定的影响，因此，我们要采用帷幕防渗工艺对渠道基础进行处理。

1 可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术介绍

1.1 可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术 此技术采用全液压无级调速高压脉动灌浆泵利用浆液的可控凝结及时变性并借助脉动瞬间高压将浆液挤入裂缝。此功法之所以能够快速地在松散强透水的底层形成具有防渗效果较好的均匀连续幕体，那是由于其除了能够有效控制浆液的扩散范围外，还能够保证浆液能够填满钻孔周围的孔隙。

1.2 灌浆机理 与其他灌浆方法相比，此工法之所以能够促使被灌浆液形成一个完整的浆土混合堵水体或幕体，是因为其在0.5-5MPa 的压力下将具有粘时变流体性质的浆液挤入孔隙，从而将孔隙中的水或空气置换出来。

2 可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆施工工艺

2.1 灌浆材料及制浆工艺 ①水泥：同力牌P.O 42.5普通硅酸盐袋装水泥。②粘土：根据实际情况本项目在制备粘土膏浆的时候采用粘土。由于检测发现呈现微酸性的浆液会影响浆液性能，为了改善性能从而在配置过程中加入少量的氢氧化钠。③水：经水质检查，地下水就符合灌浆用水的要求。④外加剂：由于冬季施工粘土水泥浆的早期强度过低从而添加了早强型结构剂以增加早期强度，同时加入早凝型结构剂降低浆液的速度。⑤改性剂：为了使浆材基本不发生析水以及能够控制浆材的凝固时间，必须降低浆材的流动度，因此，需要添加改性剂。

表1 浆材配比表

2.2 灌浆设备 所采用的主要灌浆设备如表2 所示。

表2 灌浆设备表

2.3 施工方案布置 此方案为双排两序施工，排距1.0m 以及孔距2.5m，成梅花型错位布置。其施工原则为：帷幕灌浆采用分排分序依次加密的原则进行，未开挖渠道双排孔先施工外侧排再施工内侧排；已开挖基本成型渠道双排孔先施工内侧排再施工外侧排。每排分两序，先施工I序，再施工II 序。

孔深控制深入岩层（泥灰岩或粘土岩）内0.5m；灌浆顶部进入壤土层内1.0m，底部深入岩层（泥灰岩或粘土岩）0.5m。

2.4 施工工艺

2.4.1 施工程序 施工总程序：施工准备→场地平整→钻孔放样→帷幕先导孔施工→先灌排I、II 序孔→后灌排I、II 序孔→帷幕质量检查（检查孔注水试验检查与渠道开挖渗流观测）→资料整理→单元工程质量评定。

单孔施工工艺流程：钻孔定位→固定机具→非灌段跟管钻进→灌浆段钻进成孔→孔口管埋设→注浆管安装→孔口管注浆管待凝→自下而上分段灌浆至顶板高程→终孔段灌浆结束→封孔→单孔资料整理。

2.4.2 钻孔 ①钻孔控制：钻孔终孔深度深入粘土岩（泥灰岩）内0.5m；②钻孔孔径：开孔Φ130mm，终孔不低于Φ75mm；③钻孔深度深入第⑥层卵石层以下泥灰岩(粘土岩)内不小于1.0m，钻孔的实际孔深与设计深度偏差不得大于20cm。

2.4.3 制浆浆液配制方法 ①按照粘土：水（1000kg：1000kg）且采用集中制浆的方式配置成比重为1.31～1.35g/cm3的粘土原浆；②将一定量的成品泥浆抽至膏浆制浆机内，按比例加入早凝结构剂和改性剂搅拌；③在高速制浆机中加入600kg：800kg 比例的水和水泥，然后加入一定比例的早强剂进行搅拌，最后将搅拌好的水泥浆液抽到膏浆制浆机内混合搅拌制成膏浆。

2.4.4 控制标准 灌浆压力即孔口压力表脉冲压力根据设计文件和采用的复合膏浆浆材的特点如表3。

表3 孔口压力表脉冲压力

2.4.5 结束标准 注入量控制标准：平均单位注入量为600L/m；控制提升标准：达到以下条件之一，可结束本段提升灌浆管灌注上一段。①达到设计压力下限，注入量达到设定控制标准，结束本段灌浆上提；②达到设计压力上限，注入率＜5L/min，结束本段灌浆上提；③吸浆量较大的段，注入率达到拟定控制注入量无法提升至设计压力下限者，加大注入量至设计的1.5 倍时，可结束本段灌浆。

2.4.6 灌浆 当钻孔达到要求的深度后将灌浆管下到孔底，将黄油涂抹于孔口2m 左右的灌浆管处，然后回填砂石至顶部土层内1m 处，采用水泥拌砂封孔且待凝8h。开灌时，灌浆泵先用小流量冲程（2 次/min 左右）慢速压入2 桶浆（400L 左右）后，恢复4—7 次/min 泵速灌浆，按灌浆达到结束要求时30-50cm 逐步拔灌浆管，直到整孔灌浆结束。

2.5 施工完成情况 从2011 年10 月到2013 年5 月，累计施工完成灌浆孔数2640 个，砂卵石层灌浆21225m，累计灌入浆量12755m3。

3 结论

在卵石层防渗帷幕中应用此工艺不仅取得了良好的效果，并且很好的解决了常规灌浆工艺钻成孔困难、浆液扩散不均一以及难以形成有效防渗帷幕和材料消耗大等一系列难题。

[1]张贵金，许毓才，陈安重，彭春雷，杨松林.一种适合松软地层高效控制灌浆的新工法——自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆[J].水利水电技术，2012（03）.

[2]丁剑波，谢杰飞，孟旗帜.复合膏浆高压脉动灌浆技术在南水北调砂卵石地层防渗处理中的应用[J].2013 水利水电地基与基础工程技术——中国水利学会地基与基础工程专业委员会第12次全国学术会议论文集，2013（09）.

[3]张世宝，郭艳利，郭建邦，王帅杰.南水北调中线干渠卵石透水地基帷幕灌浆试验研究[J].混凝土，2012（12）.